1、1 1 制药工业纯化水制备方法简介与流程的比制药工业纯化水制备方法简介与流程的比较制药工业所用的纯化水又称去离子水较制药工业所用的纯化水又称去离子水( (或或脱盐水脱盐水) )，通常指的是采用树脂离子交换、，通常指的是采用树脂离子交换、蒸馏冷凝、电渗析、反渗透等方法，且以城蒸馏冷凝、电渗析、反渗透等方法，且以城市自来水或地表水为原水制备出来市自来水或地表水为原水制备出来的，不含有任何添加物的一种工艺用水。的，不含有任何添加物的一种工艺用水。1 11 1 几种纯化水方法的简介几种纯化水方法的简介1 11 11 1 树脂离子交换法树脂离子交换法这是最早使用的至今依然被许多药厂所采用的一种方法。这是
2、最早使用的至今依然被许多药厂所采用的一种方法。采用阴、阳树脂交换水中离子使水质得到纯化的方法，投采用阴、阳树脂交换水中离子使水质得到纯化的方法，投资少、使用方便。但是，当树脂交换饱和后需用大量酸碱资少、使用方便。但是，当树脂交换饱和后需用大量酸碱去再生树脂使其恢复活力，所排放出来的废酸碱易污染环去再生树脂使其恢复活力，所排放出来的废酸碱易污染环境。境。1 11 12 2 蒸馏冷凝法蒸馏冷凝法这是药厂过去常用的一种制备纯化水的方法。这是药厂过去常用的一种制备纯化水的方法。其先把原水加热蒸发，再冷凝除去水中离子，其先把原水加热蒸发，再冷凝除去水中离子，以制备纯化水，由于这种方法耗能大逐渐不被以制备
3、纯化水，由于这种方法耗能大逐渐不被采用。采用。1 11 13 3 电渗析法电渗析法目前这种使用电渗析膜片制取纯化水的方式仍有目前这种使用电渗析膜片制取纯化水的方式仍有一些企业在使用，单纯的电渗析法由于在制水过一些企业在使用，单纯的电渗析法由于在制水过程中排放大量浓水，水源消耗多，从节能用水的程中排放大量浓水，水源消耗多，从节能用水的角度，这种方法也越来越不被优先采用。角度，这种方法也越来越不被优先采用。1 11 14 4 反渗透法反渗透法(R0)(R0)从从2020世纪世纪8080年代后半期开始逐渐在制药工业中被推广开年代后半期开始逐渐在制药工业中被推广开来。其利用半透膜来。其利用半透膜( (
4、反渗透膜反渗透膜) )，并借助于外界施加的压，并借助于外界施加的压力为动力，强制原水中的水分子透过对水分子有选择性力为动力，强制原水中的水分子透过对水分子有选择性透过的膜达到除盐的目的，使水得到纯化。这种方法操透过的膜达到除盐的目的，使水得到纯化。这种方法操作方便，出水量大，无污染，近年来已被广泛地使用。作方便，出水量大，无污染，近年来已被广泛地使用。12 纯化水制备流程比较在表2中：在表3中：以以t值的差异来检验纯化水水质的优劣：值的差异来检验纯化水水质的优劣：t值的计算：值的计算：查t值表，取=05t计算 t临界(29921980)，差异显著。t临界=1980t临界：(n1+n2-2，0.
5、05)=(98，0.05)(n1+n2-2 )=(50+50-2)=98从上述分析可知：采用从上述分析可知：采用( (二级反渗透二级反渗透RO+RO+混床混床) )流程制备的纯流程制备的纯化水质量优良，完全可以作为药厂工艺用水使用。反渗透化水质量优良，完全可以作为药厂工艺用水使用。反渗透法制备纯化水工艺流程可以推广应用。法制备纯化水工艺流程可以推广应用。1 12 24 4 比较的结论比较的结论从上述纯化水制备方法简介和流程的比较可得到结论：从上述纯化水制备方法简介和流程的比较可得到结论：(1)(1)这几种纯化水制备流程经过多年使用和总结改进，已经基这几种纯化水制备流程经过多年使用和总结改进，已
6、经基本排除了用离子交换、单纯电渗析与一次蒸馏冷凝法制备工艺本排除了用离子交换、单纯电渗析与一次蒸馏冷凝法制备工艺用纯化水。用纯化水。(2)(2)一种既节水又节能，出水水质优良的制备纯化水的工艺流一种既节水又节能，出水水质优良的制备纯化水的工艺流程已被广泛地应用在各个制药企业中，这就是反渗透法制备纯程已被广泛地应用在各个制药企业中，这就是反渗透法制备纯化水化水( (二级二级RORO，二级，二级R0+R0+混床混床) )或者或者( (一级一级RO+EDI)RO+EDI)的制水流程。的制水流程。2 2 制药工业纯化水制备中的工序模块化制药工业纯化水制备中的工序模块化由由5 5个功能模块组成：个功能模
7、块组成：(1)(1)预处理预处理( (也称前处理也称前处理装置装置) )；(2)(2)初级除盐装置：初级除盐装置：(3)(3)深度除盐装置：深度除盐装置：(4)(4)后处理装置；后处理装置；(5)(5)纯化水纯化水( (洁净流体洁净流体) )输送输送分配系统。分配系统。2 21 1 预处理功能模块装置预处理功能模块装置作为原水的城市自来水虽然已经达到饮用水标准，但作为原水的城市自来水虽然已经达到饮用水标准，但仍残留少量的悬浮颗粒、有机物和残余氯、钙、镁离仍残留少量的悬浮颗粒、有机物和残余氯、钙、镁离子，为了把这些杂质除去需要对原水进行预处理。在子，为了把这些杂质除去需要对原水进行预处理。在这一
8、组功能模块里常规的配置，由原水泵、精砂过滤这一组功能模块里常规的配置，由原水泵、精砂过滤器、活性炭过滤器和软化器组成。器、活性炭过滤器和软化器组成。2 21 11 1 原水泵原水泵是预处理模块流体移动的动力源，将原水输送到预处是预处理模块流体移动的动力源，将原水输送到预处理系统中。理系统中。2 21 12 2 精砂过滤器精砂过滤器过滤介质为颗粒直径不等的石英砂，装填一定厚度依过滤介质为颗粒直径不等的石英砂，装填一定厚度依靠过滤方式除去水中的悬浮状态的颗粒物质，当滤材靠过滤方式除去水中的悬浮状态的颗粒物质，当滤材孔径被堵塞后，可用反冲办法进行清洗再生。孔径被堵塞后，可用反冲办法进行清洗再生。2
9、21 13 3 活性炭过滤器活性炭过滤器其是一组由多孔状的颗粒活性炭为滤材装填而成其是一组由多孔状的颗粒活性炭为滤材装填而成的过滤器，起吸附作用。活性炭吸附容量大，比的过滤器，起吸附作用。活性炭吸附容量大，比表面积高，可达表面积高，可达5002 000 m25002 000 m2g g，可把水中的有，可把水中的有机物、游离的余氯、气味、色泽都可以除去。机物、游离的余氯、气味、色泽都可以除去。2 21 14 4 软化装置软化装置常用的为钠离子软化器，原水中的硬度主要是由常用的为钠离子软化器，原水中的硬度主要是由Ca Ca 、MgMg什组成。软化器中的阳离子交换剂中的钠离子与水中的什组成。软化器中
10、的阳离子交换剂中的钠离子与水中的caca十十、十十、MgMg什进行交换取代使水质软化。其交换原理如下：什进行交换取代使水质软化。其交换原理如下：2RNa2RNa+ + + Ca+ Ca+ R2Ca + 2Na R2Ca + 2Na+ +2RNa2RNa+ + + Mg+ Mg+ + R R2 2Mg + 2NaMg + 2Na+ +当软化器中阳树脂的当软化器中阳树脂的Na+Na+完全被取代就会失去交换能力，完全被取代就会失去交换能力，在树脂失效后应对其再生处理，以便恢复交换能力，再生在树脂失效后应对其再生处理，以便恢复交换能力，再生剂可以选用剂可以选用NaC1(NaC1(氯化钠氯化钠) )，其
11、来源广泛，方便使用，价格，其来源广泛，方便使用，价格便宜，效果良好。再生原理如下：便宜，效果良好。再生原理如下：R R2 2Ca + 2NaC1 2RNa + CaC1Ca + 2NaC1 2RNa + CaC12 2R R2 2Mg + 2NaC1 2RNa + MgC1Mg + 2NaC1 2RNa + MgC12 2215 加入试剂加入试剂原水中的原水中的ca+、Mg什离子容易形成水垢，使反渗透膜什离子容易形成水垢，使反渗透膜元件堵塞，影响水的通量。除了使用交换剂外，还可以元件堵塞，影响水的通量。除了使用交换剂外，还可以用加入试剂把水中的用加入试剂把水中的Ca十十、十十、M 转化为难容于
12、水的化转化为难容于水的化合物沉淀析出或过滤除去。合物沉淀析出或过滤除去。2 21 16 6 组合组合将上述几个操作单元所使用的设备组合起来，即形成一将上述几个操作单元所使用的设备组合起来，即形成一个独立体系成为制备纯化水的第一步工序即预处理功能个独立体系成为制备纯化水的第一步工序即预处理功能模块装置。模块装置。22 初级除盐功能模块装置初级除盐功能模块装置初级除盐功能就是用一级初级除盐功能就是用一级RO方法除盐，它是由精密过滤器方法除盐，它是由精密过滤器(保安过滤器保安过滤器)、高压泵、反渗透机壳、膜元件、操作控制箱、高压泵、反渗透机壳、膜元件、操作控制箱组成。组成。221 精密过滤器精密过滤
13、器为了防止石英砂过滤器、活性炭过滤器中的微小粒子流入为了防止石英砂过滤器、活性炭过滤器中的微小粒子流入反渗透膜而采取的一种精密过滤装置，过滤介质的孔径为反渗透膜而采取的一种精密过滤装置，过滤介质的孔径为l5 m，可以有效地保证进水，可以有效地保证进水SDI值，从而保护膜元件不值，从而保护膜元件不受损害。受损害。222 高压泵高压泵为本功能模块装置提供动力，提高水压常采用立式多级高压为本功能模块装置提供动力，提高水压常采用立式多级高压泵。泵。22_3 反渗透系统装置反渗透系统装置(RO装置装置)据报道，反渗透装置采用一级据报道，反渗透装置采用一级RO处理原水能有效地除去水中处理原水能有效地除去水
14、中的病原微生物，例如：各类细菌和病毒；的病原微生物，例如：各类细菌和病毒；l00除去低分子有除去低分子有机化合物；机化合物；9599除去水中除去水中l价离子，出水电导率可在价离子，出水电导率可在30 scm左右。左右。一级反渗透一级反渗透(RO)装置进水技术质量指标可以参照以下几个项装置进水技术质量指标可以参照以下几个项目，如表目，如表5所示。表所示。表5 一级一级(RO)装置进水技术质量指标装置进水技术质量指标 SDI 余氯余氯 pH 温度温度 5.0 0.1g/L 310 5 45初级除菌系统主要元件由壳体、膜元件、管接件、初级除菌系统主要元件由壳体、膜元件、管接件、阀、压力表、流量计组成
15、。阀、压力表、流量计组成。这种在一定压力驱动下，借助于半透膜对水分子有这种在一定压力驱动下，借助于半透膜对水分子有选择性透过使水中的溶质与溶剂分开，水得到纯化。选择性透过使水中的溶质与溶剂分开，水得到纯化。在在一级一级RO后面配置的二级后面配置的二级RO装置的组成与一级装置的组成与一级RO相相同，但经二级同，但经二级RO处理后，纯化水的电导率可达处理后，纯化水的电导率可达l30 scm。23 深度除盐模块装置深度除盐模块装置经过初级除盐处理后经过初级除盐处理后(在一级在一级RO之后之后)纯化水的电导率在纯化水的电导率在30 iscm，经二级，经二级RO处理后水质可提高，电导率在处理后水质可提高
16、，电导率在l5scm。为了进一步除去水中残余的微量离子，需进行深度。为了进一步除去水中残余的微量离子，需进行深度除盐处理。能获得电导率在除盐处理。能获得电导率在01006 LLscm标准范标准范围的纯化水，目前采用的深度除盐的方法有以下几种：围的纯化水，目前采用的深度除盐的方法有以下几种：(1)在反渗透在反渗透(R0)处理后增加混床处理后增加混床(离子交换树脂离子交换树脂)的处理：的处理：(2)在反渗透在反渗透(R0)后面增加后面增加EDI装置：装置：(3)在反渗透在反渗透(R0)后面加抛后面加抛光混床装置。光混床装置。2 23 31 1 装填普通阴、阳离子交换树脂的混合床装填普通阴、阳离子交
17、换树脂的混合床( (混混床床) )混床是在制备纯化水时经常使用的一种安装于制水混床是在制备纯化水时经常使用的一种安装于制水系统终端用来提高水质的方法。可以在一级系统终端用来提高水质的方法。可以在一级RORO后面后面加一组混床，也可以在二级加一组混床，也可以在二级RORO后面加混床，纯化水后面加混床，纯化水的电导率可提高到的电导率可提高到1 txs1 txscm(cm(即即10 Mflcm)10 Mflcm)以上以上2 23 32 2 抛光混床抛光混床把两种密度非常相近的阴、阳树脂混合起来装填于一个交换把两种密度非常相近的阴、阳树脂混合起来装填于一个交换柱内，放在反渗透柱内，放在反渗透(R0)(
18、R0)后面使用，可使纯化水的电导率提高后面使用，可使纯化水的电导率提高到到0 006 txs06 txscm(cm(即即18 Mflcm)18 Mflcm)。这种方式是进行深度脱。这种方式是进行深度脱盐，提高纯化水品质很好的一种办法。由于两种树脂密度相盐，提高纯化水品质很好的一种办法。由于两种树脂密度相近，难以分离，不能再生使用，失效后即弃之，调换新树脂，近，难以分离，不能再生使用，失效后即弃之，调换新树脂，这种方式常用于小容量的制水系统。这种方式常用于小容量的制水系统。2 23 33 EDI3 EDI装置装置(1)EDI(1)EDI是一种电去离子技术，其基本原理是借助是一种电去离子技术，其基
19、本原理是借助树脂的离子交换作用，以及阴、阳离子交换膜对树脂的离子交换作用，以及阴、阳离子交换膜对水中阴、阳离子选择性通过的功能来完成深度除水中阴、阳离子选择性通过的功能来完成深度除盐。整个分离过程是在直流电场的直接作用下完盐。整个分离过程是在直流电场的直接作用下完成离子的定向迁移，从而除去水残余的离子，提成离子的定向迁移，从而除去水残余的离子，提高纯化水的电导率。高纯化水的电导率。(2)EDI技术把电渗析技术和离子交换技术有机的技术把电渗析技术和离子交换技术有机的结合在一起，是一种新型式的膜分离技术。可以结合在一起，是一种新型式的膜分离技术。可以有效地除去水中微量的离子，使纯化水的电阻率有效地
20、除去水中微量的离子，使纯化水的电阻率达到达到15 Mflcm以上，在整个深度除盐的过程中不以上，在整个深度除盐的过程中不需添加任何化学药品，不发生对环境的污染，水需添加任何化学药品，不发生对环境的污染，水的利用率高，可以连续制备纯化水。的利用率高，可以连续制备纯化水。(3)在在EDI深度除盐过程中，微量阴、阳离子在直流深度除盐过程中，微量阴、阳离子在直流电场的作用下，透过交换膜被除去，同时水分子在电场的作用下，透过交换膜被除去，同时水分子在电场的作用下又被分解为电场的作用下又被分解为H+、OH一，这两种离子一，这两种离子又对交换树脂进行就地再生，使离子交换树脂始终又对交换树脂进行就地再生，使离
21、子交换树脂始终保持良好的交换状态，从而达到深度除盐的目的。保持良好的交换状态，从而达到深度除盐的目的。(4)EDI装置用于纯化水制备过程中的深度脱盐，为了保证装置用于纯化水制备过程中的深度脱盐，为了保证EDI装装置的正常工作，运行还应该在系统中为置的正常工作，运行还应该在系统中为EDI配备循环冲洗装置，配备循环冲洗装置，又称又称EDI再生装置，以便保证再生装置，以便保证EDI运行功能的顺利进行。运行功能的顺利进行。(5)进入进入EDI装置装置(单元单元)的水质条件可参照的几个项目，如表的水质条件可参照的几个项目，如表6所所示。表示。表6 进入进入EDI装置装置(单元单元)的水质条件的水质条件(
22、6)EDI装置的结构紧凑、能耗低，浓水排放量少，节约用水，装置的结构紧凑、能耗低，浓水排放量少，节约用水，不需任何化学药品再生，不污染环境，可以深度除去水中各种不需任何化学药品再生，不污染环境，可以深度除去水中各种微量离子，微量离子， 在近在近10年中被越来越多的制药生产企业所采用。年中被越来越多的制药生产企业所采用。(7)EDI装置目前市场上有两种型式：卷式和模片式装置目前市场上有两种型式：卷式和模片式(又称模堆又称模堆式式)，可以依据产水量的多少进行组合。，可以依据产水量的多少进行组合。24 后处理模块装置后处理模块装置在整个纯化水制备流程中，后处理装置也是不可缺少的在整个纯化水制备流程中
23、，后处理装置也是不可缺少的部分。常用的设备有纯化水输送泵、紫外灭菌装置部分。常用的设备有纯化水输送泵、紫外灭菌装置(UV)、臭氧发生器、微孔过滤器组合而成。纯化水贮罐可依据臭氧发生器、微孔过滤器组合而成。纯化水贮罐可依据产水量和用水系统使用量决定容积的大小，归于后处理产水量和用水系统使用量决定容积的大小，归于后处理模块。模块。251 纯化水在使用输送分配系统存在污染源的分纯化水在使用输送分配系统存在污染源的分析在贮存使用纯化水过程中，产生污染源有二个部析在贮存使用纯化水过程中，产生污染源有二个部分，即外界带入的与内部滋生的。分，即外界带入的与内部滋生的。2511 外界污染分析外界污染分析(1)
24、原水中的杂质对纯化水产生的污染，按我国生活用原水中的杂质对纯化水产生的污染，按我国生活用水标准原水中细菌总数水标准原水中细菌总数100个个L， 大肠杆菌总数大肠杆菌总数3个个L，若不除尽将会给整个系统带来污染；，若不除尽将会给整个系统带来污染；(2)贮存罐排气口未安装呼吸器，外界空气进入贮罐引起的污染；贮存罐排气口未安装呼吸器，外界空气进入贮罐引起的污染；(3)制水过程中使用的压缩气体制水过程中使用的压缩气体(空气或空气或N )未经处理而带入的污；未经处理而带入的污；(4)使用系统中的积液点，水的倒流，工作室内不合格的地漏带来使用系统中的积液点，水的倒流，工作室内不合格的地漏带来的污染；的污染
25、；(5)设备尤其是动态设备制水过程中，在运动时散发出来的微粒会设备尤其是动态设备制水过程中，在运动时散发出来的微粒会产生污染。产生污染。2512 内部滋生分析内部滋生分析贮罐、管道、管接件若使用的材料或焊接不规范产生局贮罐、管道、管接件若使用的材料或焊接不规范产生局部腐蚀后，该处也易滋长微生物。活性炭、树脂、膜片、部腐蚀后，该处也易滋长微生物。活性炭、树脂、膜片、管道、阀、垫片的表面长期不清洗、不消毒菌，内壁表管道、阀、垫片的表面长期不清洗、不消毒菌，内壁表面会形成低营养环境，逐渐形成生物膜，而这种生物膜面会形成低营养环境，逐渐形成生物膜，而这种生物膜会不断地有微生物剥落下来，随纯化水的流动而
26、污染整会不断地有微生物剥落下来，随纯化水的流动而污染整个系统。个系统。252 纯化水制备输送系统的消毒灭菌方法纯化水制备输送系统的消毒灭菌方法(1)热力消毒法：纯蒸汽灭菌法、巴氏消毒法、过热水消热力消毒法：纯蒸汽灭菌法、巴氏消毒法、过热水消毒法；毒法；(2)紫外线消毒法、用波长为紫外线消毒法、用波长为2537 LLm左右区段的紫外左右区段的紫外线对纯化水消毒：线对纯化水消毒：(3)气体消毒法：氯和氧，目前常用为臭氧气体消毒法：氯和氧，目前常用为臭氧(0 )消毒法。消毒法。25-3 药典对纯化水的要求药典对纯化水的要求药典对纯化水的要求如表药典对纯化水的要求如表7所示。所示。254 纯化水输送分
27、配系统的要点纯化水输送分配系统的要点(1)纯化水作为一种卫生洁净的物料其贮存、分配、输送系纯化水作为一种卫生洁净的物料其贮存、分配、输送系统的设计与施工均应按卫生级产品的标准进行。统的设计与施工均应按卫生级产品的标准进行。(2)在整个贮存、输送系统中所使用的泵、阀、管道、管接在整个贮存、输送系统中所使用的泵、阀、管道、管接件均应选择卫生型，连接方式也应为卡式快开型。件均应选择卫生型，连接方式也应为卡式快开型。系统中不应存在死角、积水区，与纯化水接触的部件的内系统中不应存在死角、积水区，与纯化水接触的部件的内表面平均粗糙度表面平均粗糙度Ra04 m。(3)纯化水应循环使用，回路中不宜设置中间贮罐
28、，防止微生纯化水应循环使用，回路中不宜设置中间贮罐，防止微生物滋生。在使用过程中若需对纯化水加热或冷却时，宜采用物滋生。在使用过程中若需对纯化水加热或冷却时，宜采用双管板换热器，尽量安装在靠近使用点处。双管板换热器，尽量安装在靠近使用点处。(4)为了防止纯化水贮罐、管道及过滤器膜表面微生物的滋生，为了防止纯化水贮罐、管道及过滤器膜表面微生物的滋生，在输送分配系统中应配置臭氧发生器及紫外线消毒等消毒装在输送分配系统中应配置臭氧发生器及紫外线消毒等消毒装置，对纯化水定期消毒，并进行监测，确保纯化水在分配输置，对纯化水定期消毒，并进行监测，确保纯化水在分配输送过程中符合送过程中符合GMP规范要求。规
29、范要求。(5)臭氧消毒的方式就是在纯化水分配输送系统里增设气水臭氧消毒的方式就是在纯化水分配输送系统里增设气水混合器，把由臭氧混合器，把由臭氧(0 )发生器产生的臭氧经混合器与纯化发生器产生的臭氧经混合器与纯化水混合均匀，在分配系统中循环运行，依靠臭氧水混合均匀，在分配系统中循环运行，依靠臭氧(0 )对纯对纯化水进行消毒，同时溶于纯化水中的微量臭氧化水进行消毒，同时溶于纯化水中的微量臭氧(0 )在循环在循环运行中又对管路的内壁、阀、管接件等进行消毒，有效地运行中又对管路的内壁、阀、管接件等进行消毒，有效地阻止系统内部微生物的滋长。阻止系统内部微生物的滋长。(1)流程流程I是目前众多药厂所采用的
30、一种制各纯化水的工艺流是目前众多药厂所采用的一种制各纯化水的工艺流程。采用膜分离技术，降低日常运行费用，延长了混床树程。采用膜分离技术，降低日常运行费用，延长了混床树脂的使用周期，减少了再生时酸碱的用量，又保证了纯化脂的使用周期，减少了再生时酸碱的用量，又保证了纯化水出水的品质。水出水的品质。(2)流程流程II在有些企业里已经采用。使用在有些企业里已经采用。使用EDI电去离子技术和电去离子技术和装备后，日常制水运行费用更低，产水量更多，无需使用装备后，日常制水运行费用更低，产水量更多，无需使用化学试剂化学试剂(酸、碱酸、碱)对环境不产生污染，是既节能又环保的一对环境不产生污染，是既节能又环保的一种纯化水制各流程。这种模块化流程值得推广应用。种纯化水制各流程。这种模块化流程值得推广应用。(3)推荐的一种纯化水制备的优化模块化组合流推荐的一种纯化水制备的优化模块化组合流程，如表程，如表10所示。所示。
